文档介绍：山东大学
硕士学位论文
船舶航向非线性系统自抗扰控制器的仿真研究
姓名:陈文文
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:李贻斌
20080514
山东大学硕士学位论文摘要船舶航向控制器的设计一直是船舶运动控制重要的研究课题之一,它与船舶航行的经济性、安全性和舒适性密切相关。由于船舶的动态具有大惯性、大时滞、非线性等特点,并且受模型参数摄动以及船舶运动中风、浪、流等外界干扰的影响,使得控制器的设计成为一个复杂的问题。自抗扰控际跏怯珊ň┣逖芯吭奔捌渫哦邮改昀创戳⒌囊恢中的非线性控制方法。该方法不依赖于对象模型,将被控对象中的内部动态和外部干扰综合为系统所受的未知干扰,通过设计扩张状态观测器云浣凶体的实时估计,并在反馈中合理引用非线性特性来提高系统的鲁棒能力。目前已在电机控制、机器人控制、飞行器控制等领域的一些实际问题中得到了成功应用。本文将用于船舶航向控制,并进行了仿真研究。本文首先分析了传统刂品椒ǖ牟蛔悖樯芰烁傥⒎制⒗┱状态观测器⒎窍咝宰刺蟛罘蠢和自抗扰控制器的基本原理,给出了自抗扰控制器的标准结构。研究了船舶操纵基本原理和航向运动特性,建立了带有舵机约束的响应型非线性船舶运动数学模型,分析了船舶受到的环境干扰,并建立了风、浪、流干扰的数学模型。重点对船舶航向自抗扰控制方法进行了研究:将船舶航向运动系统看作舵机机构和船舶运动系统的串联,给出了系统组成结构图;讨论了两种船舶航向自抗扰控制器的设计方案,使用二阶设计了船舶航向运动自抗扰控制器;采用迪至薃刂扑惴ǎ罱舜昂较蛟硕钥谷趴刂品抡平台;总结了船舶航向自抗扰控制器的参数整定方法。对船舶航向自抗扰控制系统进行了仿真研究。结果表明,与经过参数优化的刂葡啾龋贏拇昂较蚩刂葡低吃诖蠼嵌群较蚯谢弧⒑较虮持、外界干扰、参数摄动、模型改变等条件下均具有良好的控制效果,具有很最后,针对仿真中自抗扰控制在小角度航向切换时响应速度慢的问题,对好的鲁棒性和抗干扰能力。
山东大学硕士学位论文控制器进行了改进,对下一步工作进行了展望。本文希望通过对自抗扰控制在航向运动控制中的研究,进一步拓展自抗扰控制技术的应用领域,也为船舶航向控制器控制策略的研究提供一种新的思关键词:船舶航向控制;响应型非线性船舶运动数学模型;自抗扰控制器路。
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期:避辍!槐论文作者签名:医≥釜原创性声明殊§≥关于学位论文使用授权的声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。C苈畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑导师签
山东大学硕士学位论文第一章绪论引言海洋占地球面积的三分之二,人类文明的进步与海洋运输的发展密切相关。水运是完成地区之间、国与国之间大宗货物贸易最经济最有效的运输方式。随着经济的不断发展,海上交通的密集度越来越大,航行的安全性愈来愈成为人们关心的问题。面对海上交通的激烈竞争,提高运输的安全性和经济性,成为了一个必须要解决的问题。同时,海洋中蕴藏着丰富的资源,发展海洋高新技术,开发海洋资源,不仅具有巨大的经济价值,更具有重要的战略意义。船舶在海洋运输和海洋经济的发展中无疑担当了最重要的角色,因此对船舶运动控制的研究就成为一个重要的研究领域。船舶在海洋中的运动具有鲎杂啥龋呵敖⒑崞⑵鸱种平移及转首、横摇、纵摇肿6緇】。在这种耦合运动中船和周围流体相互依存产生了关联惯性力,又相互作用产生了黏性力。外界环境的干扰包括风力、浪力及流力,其机理很复杂。从运动控制角度看,桨、舵、锚是船舶在海洋中赖以工作和生存的笾鞫僮萆璞福翘峁┐扒敖耐贫Α⒆4幕刈A睾锚泊所需的锚力。所以船舶实际上是一个运动于不确定环境下的多输入多输出复杂动力学系统,在各种气象、水文、航道等外部环境和不同装载、航速等内部条件下统一协调所有的控制设备,完成特定的航行和操作计划,是一个艰巨的任务,需要驾驶员有丰富的经验和娴熟的技巧,要求船舶自动控制系统具有优良的性能。船舶航向自动控制系统通常称为“自动舵谴白远刂葡低持械闹匾设备,其性能的优劣直接关系到航行的安全性和经济性。例如船舶在海上进行直航运动,自动舵性能较好的船不用